Ekosistemdeki fotosentetik canlılar, güneş enerjisini fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye çevirerek besinlerin yapısında depo eder. Üretici canlılar besin zincirinin ilk halkasını oluşturur. Kendi besinini üretemeyen canlılar üreticilerden sağladıkları besinlerde depolanmış enerjiyi hücresel solunumla mitokondrilerinde açığa çıkararak güneş enerjisinden dolaylı olarak yararlanır.
Fotosentez ve solunum tepkimeleri arasında birbirlerini tamamlayıcı bir ilişki bulunmaktadır. Fotosentez ile oluşturulan besinler solunumda kullanılır. Solunumun yan ürünleri olan CO2 ve H2O, fotosentezin ham maddesidir. Fotosentez ürünleri olmadan solunum, solunum ürünleri olmadan da fotosentez gerçekleşemez.
Bitkiler gece gündüz solunum yaparken sadece gündüzleri fotosentez yapar. Gündüzleri fotosentez hızı solunum hızından fazla olduğu için bitkiler, solunum sonucu ürettikleri CO2 ve H2O’yu atmosfere vermeden fotosentezde kullanır. Bunun sonucunda atmosfere CO2 salınımı, geceye göre gündüzleri azdır.
Atmosferdeki CO2‘nin büyük bir kısmı canlıların solunumu sonucunda oluşur. Ayrıca ısınmak için kullanılan odun, kömür, ve doğal gazın, taşıtlarda kullanılan petrol ürünlerinin yanması sonucu da çok miktarda CO2 atmosfere salınır. Atmosferde biriken bu gaz yine üreticiler tarafından tutularak besin sentezinde kullanılır. Bu da doğadaki madde döngülerinin devamlılığını sağlar.
Fosil yakıtların aşırı tüketimi, atmosferde CO2 artışına yol açarak sera etkisi yaratmakta ve küresel ısınmaya yol açmaktadır. Küresel ısınma, Dünya iklimi ve canlı türleri üzerinde etkili olmaktadır. Bazı türler yok olurken bazıları yok olma tehlikesiyle karşı karşıya kalmaktadır. Atmosferdeki CO2 miktarını dengede tutmak için ormanlar korunmalı ve çoğaltılmalıdır.
Fotosentezin Oksijenli Solunumla Karşılaştırılması
FOTOSENTEZ | OKSİJENLİ SOLUNUM |
| Ökaryot canlılarda kloroplastta; prokaryot canlılarda si- toplazmada gerçekleşir. | Ökaryot canlılarda sitoplazma ve mitokondride; prokaryot canlılarda sitoplazmada gerçekleşir. |
| Yeterli ışık enerjisi varlığında gerçekleşir. | Oksijen varlığında gerçekleşir. |
| Reaksiyona giren maddeler, CO2 ve H 2 O/ H 2 S/ H 2 ‘dir. | Reaksiyona giren maddeler, organik besinler ve O2‘dir. |
| Güneş enerjisi, kimyasal bağ enerjisine dönüştürülür. | Kimyasal bağ enerjisi, ATP’ye dönüştürülür. |
| Fotosentez sonunda ağırlık artışı olur . | Solunum sonunda ağırlık azalması olur. |
| Enzimatik tepkimeler gerçekleşir. | Enzimatik tepkimeler gerçekleşir. |
| ETS elemanları görev alır. | ETS elemanları görev alır. |
| İnorganik maddeler kullanılır. | Organik maddeler parçalanır. |
| ATP üretimi ve tüketimi vardır. | ATP üretimi ve tüketimi vardır. |
| Fotofosforilasyon görülür. | Substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon görülür. |
Kemiosmotik Görüş
Mitokondri ve kloroplastlarda, zarın iki tarafındaki proton konsantrasyonu (yoğunluk) farkına bağlı olarak ortaya çıkan proton itici gücünün ATP sentezlenmesinde kullanılması kemiosmotik görüş ile açıklanır. Protonlar (H+), ATP sentezi sırasında mitokondrilerde zarlar arası boşlukta; kloroplastlarda ise tilakoit boşlukta birikir.
Fotosentezde NADP+ ve hücresel solunumda NAD+ ve FAD molekülleri ile taşınan elektronlar, ETS’deki taşıyıcı moleküllere aktarılır. Elektronlar, ETS’de taşınırken yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine iniş eğilimindedirler.
Yüksek enerjili elektronların ETS’de aktarımı sırasında açığa çıkan serbest enerjinin bir kısmı, ısı olarak ortama verilir. Diğer kısmı ise iç zarın çevrelediği sıvı ortamdaki protonları, ETS molekülleri aracılığı ile iç ve dış zar arasındaki boşluğa pompalamada kullanılır.
Zarlar arası boşluktaki proton konsantrasyonu, iç zarın çevrelediği sıvı ortama göre daha yüksek olur. İç zarın iki tarafındaki proton konsantrasyonu farkı, bir potansiyel enerji oluşturur. Protonlar, zarlar arası boşluktan sıvı ortama dönme eğilimdedirler. Ancak iç zar, protonlar için geçirgen değildir. İç zarda yer alan ATP sentaz enzimi, protonların sıvı ortama geri dönmelerini sağlayan bir kanal oluşturur.
Protonların sıvı ortama akışı, ATP sentazı aktif hâle getirir. Aktifleşen ATP sentaz, ATP sentezini gerçekleştirir. Zarlar arasındaki boşluk ile sıvı ortam arasında elektriksel yük farkı oluşur. Elektron akışı, elektron çekim gücü yüksek olan oksijen molekülüne doğrudur. Oksijen, ETS’nin son elektron alıcısıdır.
Oksijenli solunumda oksijen, ETS’nin son molekülüne gelen elektronları alarak elektron akışının ve ATP molekülünün sentezinin sürdürülmesini sağlar. Elektron kazanan oksijen, elektronunu kaybetmiş bir çift proton (2H+) ile birleşerek suyu oluşturur. Oksijensiz solunumda ise sülfat, nitrat, karbonat veya demir son elektron alıcısı olarak kullanılır.